CN219039564U - 光栅压印母版 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光栅压印母版，包括基底，所述基底上设置有第一图形区域与第二图形区域，所述第一图形区域和所述第二图形区域共包括N种不同深度的凹槽，且所述第二图形区域至少包括两种不同深度的凹槽，其中，N为正整数，且N≥2。本实用新型提供的光栅压印母版通过设置第一图形区域与第二图形区域，且在第二图形区域上设置至少包括两种不同深度的凹槽，使得该光栅压印母版在使用时可以一次性在目标器件上形成厚度不一的图形化的压印胶，为后续刻蚀处理提供了方便。

Description

光栅压印母版

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域以及纳米压印领域，尤其涉及一种光栅压印母版。

背景技术

随着半导体工艺的高度发展，人与计算机之间的交互方式正在飞速发展，其中增强现实(Augmented Reality，AR)显示可以提供给人类以更多维度的信息，基于近眼显示设备的AR技术是目前的研究热点，得到人们的广泛关注。光波导技术的无漏损传输和高穿透性在实现了轻薄光学镜片的同时，亦可为用户提供较大的视场角(FOV)，保证眼镜成像清晰，被认为是消费级AR眼镜的主流光学方案。其中，衍射光波导是较为主流的AR眼镜光学显示方案，很多AR眼镜采用的都是这种显示方案。衍射光波导具有可量产性强、轻薄等优势，在AR显示领域逐渐得到认可，并有望成为未来AR领域的主流技术发展方向。而利用微纳光学结构技术获得的衍射光栅又是衍射光波导最核心的部分。

传统的衍射光波导制备工艺中单独制备的耦入光栅区和耦出光栅区的相对位置很难对准，且基于传统微纳加工技术，如机械刻划、光刻、离子刻蚀，所获得的衍射光栅沟槽深度都是等深度、周期的，在制备耦不等深度沟槽时需要通过多次光刻、刻蚀工艺来实现，而多次光刻、刻蚀工艺会带来无法精准对准的问题。

现有技术中缺乏一种可以在衍射光波导的基底上一次性形成厚度不同的图形化的掩模层，以使得利用该图形化的掩模层可以通过一次刻蚀就能在衍射光波导的基底上形成深浅不一的光栅沟槽。

实用新型内容

本实用新型提出了一种光栅压印母版，已解决现有技术中不能一次性在衍射光波导的基底上形成厚度不同的图形化的掩模层的问题。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种光栅压印母版，包括：

基底，所述基底上设置有第一图形区域与第二图形区域，所述第一图形区域和所述第二图形区域共包括N种不同深度的凹槽，且所述第二图形区域至少包括两种不同深度的凹槽，其中，N为正整数，且N≥2。

可选的，所述第一图形区域的底部平整。

可选的，所述第一图形区域至少包括两种不同深度的凹槽。

可选的，所述凹槽的深度为100nm～400nm。

可选的，所述第一图形区域和/或第二图形区域的形状为曲线和/或直线围成的封闭形状。

可选的，所述基底上还设置有第三区域。

可选的，所述第三区域包括分隔区域以及边缘区域，其中所述分隔区域设置在所述第一图形区域与所述第二图形区域之间，用于分隔所述第一图形区域与所述第二图形区域；所述边缘区域设置在所述基底的边缘处。

可选的，所述分隔区域与所述边缘区域均为凹槽，且所述分隔区域与所述边缘区域的凹槽的深度相等、且为所述N种不同深度中的其中一种。

可选的，所述分隔区域与所述边缘区域的厚度与所述基底的厚度相等。

可选的，所述基底的材质为SiO₂。

本实用新型提出的光栅压印母版，通过在基底上设置第一图形区域与第二图形区域，且在第二图形区域上设置至少包括两种不同深度的凹槽，使得该光栅压印母版在使用时可以在目标器件上形成厚度不一的图形化的压印胶，为后续刻蚀处理提供了方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的光栅压印母版的结构示意图一；

图2是本实用新型第二实施例提供的光栅压印母版的结构示意图二；

图3是本实用新型第三实施例提供的光栅压印母版的结构示意图三；

图4是本实用新型第四实施例提供的光栅压印母版的结构示意图四；

图5A-5C是采用本实用新型一实施例提供的光栅压印母版进行衍射光波导制备的不同工艺阶段的器件结构剖面示意图。

附图标记说明：

100-光栅压印母版；

101-基底；

102-第一图形区域；

103-第二图形区域；

104-第三区域；

201-衍射光波导基底；

202-图形化的硬掩膜层；

203-压印胶；

204-图形化的固态压印胶；

205-耦入光栅区；

206-耦入光栅单元；

207-耦出光栅区；

208-耦出光栅单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

有鉴于传统的衍射光波导制备工艺中单独制备的耦入光栅区和耦出光栅区的相对位置很难对准，另外，传统微纳加工技术，如机械刻划、光刻、离子刻蚀，所获得的沟槽深度都是等深度、周期的，因而基于传统微纳加工技术不能有效地获得不等深度的耦入、耦出光栅单元；申请人创造性地提出通过纳米压印的方式来制备衍射光波导，然而在纳米压印的制备方式中，缺乏一种有效的光栅压印母版，以使得能够在衍射光波导的基底上一次性形成厚度不同的图形化的掩模层，以便利用该图形化的掩模层可以通过一次刻蚀就能在衍射光波导的基底上形成深浅不一的光栅沟槽。因此，对于纳米压印的方式制备衍射光波导，其前提在于能够有一种有效的光栅压印母版。

基于此，本实用新型提出了一种光栅压印母版，其在使用时可以一次性在目标器件上形成厚度不一的图形化的压印胶，为后续刻蚀处理提供了方便。当该光栅压印母版应用于制备衍射光波导时，该目标器件即为衍射光波导基底。当然，应该意识到，本实用新型提供的光栅压印母版并不限于应用在制备衍射光波导，其还可以应用到其它适于通过纳米压印技术来制备的器件，以在对应器件上形成深度不一的凹槽。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1，本实用新型实施例提供的光栅压印母版100包括基底101，基底101上设置有第一图形区域102与第二图形区域103，其中第一图形区域102和第二图形区域103共包括N种不同深度的凹槽，且第二图形区域103至少包括两种不同深度的凹槽，其中，N为正整数，且N≥2。

其中，关于第一图形区域102，其既可以包括不同深度的凹槽，也可以为只包括同一深度的凹槽。

如图1所示，作为一种举例，第一图形区域102的底部平整，可以理解为第一图形区域102只包括一种深度的凹槽b11；以图1为例，第二图形区域103包括的凹槽的数量为6个，具体为a11-a16，且a11-a16、b11的深度各不相同，此时第一图形区域102和第二图形区域103共包括的凹槽的数量为7个，且凹槽的深度为7种，因而N的取值为7。

当然，第一图形区域102也可以包括不同深度的凹槽，一种举例中，如图2所示，第二图形区域103包括的凹槽的数量为6个，具体为a11-a16，第一图形区域102包括的凹槽的数量为5个，具体为b11-b15。且在图2所示的情况中，从右往左数的第六个凹槽a16、第七个凹槽b11、第九个凹槽b13以及第十一个凹槽b15的深度相等。因而第一图形区域102和第二图形区域103共包括的凹槽的数量为11个，且11个数量的凹槽对应8种不同深度；在图2所示意的情况中此时N为8。

并且，在本实用新型的光栅压印母版上，除了具有第一图形区域102与第二图形区域103之外，还可以设置第三区域；例如，如图3和图4所示的第三区域104。其中，第三区域104可以理解为包括用于隔开第一图形区域102与第二图形区域103的分隔区域(具体对应于图3、图4中的c1)，以及位于光栅压印母版基底边缘的边缘区域(具体对应于图3、图4中的c2和c3)。

一种实施例中，如图3所示，分隔区域c1与所述边缘区域c2、c3均为凹槽，且分隔区域与边缘区域的凹槽的深度相等。

可实施地，分隔区域与边缘区域的凹槽的深度为前述N种不同深度中的其中一种，也就是说分隔区域与边缘区域的凹槽的深度与第一图形区域102和/或第二图形区域103中的其中一个凹槽的深度相等。这样，在制备本实用新型提供的光栅压印母版时，分隔区域与边缘区域能够与第一图形区域102和/或第二图形区域103中与之相同深度的凹槽在一次刻蚀中形成，简化工艺过程，节约资源。

其中，图3所示意的情况中，第一图形区域102只包括一种深度的凹槽b11；以图1为例，第二图形区域103包括的凹槽的数量为6个，具体为a11-a16；而第三区域104包括的凹槽数量为3个，具体为c1-c3，且在图3所示意的情况中，从右往左数的第二个凹槽a11、第五个凹槽a14、第七个凹槽a16的深度相等，并且第三区域104的凹槽c1-c3的深度与第二图形区域103的凹槽a12的深度相等；因而在此种情况下，第一图形区域102、第二图形区域103以及第三区域104共包括的凹槽的数量为10个，且凹槽的深度为5种，因而N的取值为5。

作为另外一种举例，分隔区域c1与边缘区域c2/c3的厚度与光栅压印母版100的基底厚度相等，即第三区域104相对于基底而言不形成凹槽，如图4所示，此种情况的凹槽数量及种类即和图1所示的情况类似。

较优地，分隔区域c1与边缘区域c2/c3的厚度与光栅压印母版100的基底厚度相等，且分隔区域c1与边缘区域c2/c3的厚度与第一图形区域102和/或第二图形区域103中最浅凹槽处的光栅压印母版100的基底厚度相等。这样可以减少一次刻蚀过程，简化工艺过程，节约资源。

通过设置第三区域104，可利用第三区域104中的分隔区域c1来方便有效地对第一图形区域103与第二图形区域102进行相对位置的确定以及对间隔距离进行定义，从而适配不同的设计需求。

同时，边缘区域c2/c3能够在对衍射光波导进行大面积目标器件进行制备时，有效地定义出每个衍射光波导器件单元目标器件单元的边缘和间隔区，从而在后续对大面积上重复制备的的衍射光波导器件目标器件单元进行切割、分离时，通过切割边缘区域即可对重复的衍射光波导目标器件单元进行精准的分离，并且保护了衍射光波导器件内部的耦入、耦出光栅结构。

在优选实施方式中，凹槽的深度为100nm～400nm。当然，应该意识到，本实用新型并不以此为限，其它的凹槽深度范围也在本实用新型的保护范围之内。

作为一种举例，第一图形区域102和/或第二图形区域103的形状为曲线和/或直线围成的封闭形状，作为一种具体实施方式，第一图形区域102和/或第二图形区域103的形状为矩形、圆形、梯形、六边形以及八边形中的任一种，当然，应该意识到，本实用新型并不以此为限，其他图形也在本实用新型的保护范围之内。

作为一种举例，光栅压印母版基底101的材质可以为SiO₂。当然，应该意识到，本实用新型并不以此为限，其它的光栅压印母版的基底材质也在本实用新型的保护范围之内。

关于本实用新型提供的光栅压印母版100的制备方法具体为通过刻蚀方法进行制备，具体包括以下步骤：

S11：在光栅压印母版基底的表面形成第K次图形化的掩模层；其中，第K次图形化的掩模层的图形与第K种深度的凹槽的图形相对应；

S12：以第K次图形化的掩模层为掩模，对光栅压印母版基底表面进行第K次刻蚀，形成第一图形区域202和/或第二图形区域203对应的第K种深度的凹槽；

其中，每种深度的凹槽的数量可以是一个，也可以是多于一个。

其中N的取值依据凹槽的深度的种类而定，例如，图1-图4所示的情况中，N的取值分别为7、8、6、7，因而对于图1的情况需要重复形成7次掩膜层与刻蚀7次，以形成7种深度的凹槽；对于图2的情况需要重复形成8次掩膜层与刻蚀8次，以形成8种深度的凹槽；对于图3的情况需要重复形成6次掩膜层与刻蚀6次，以形成6种深度的凹槽；对于图4的情况需要重复形成7次掩膜层与刻蚀7次，以形成7种深度的凹槽。当然，作为优选方式，可以理解，深度最浅的凹槽可以无需刻蚀，该凹槽处光栅压印母版的厚度即为光栅压印母版基底的原厚度，例如图4所示的c1-c3的凹槽无需刻蚀。

关于本实用新型实施例提供的光栅压印母版，可以应用于各种目标器件的制备，只要目标器件上需要形成不同深度的刻蚀凹槽，则均可利用该光栅压印母版。

一种举例中，本实用新型实施例提供的光栅压印母版可以用于制备衍射光波导，以实现该衍射光波导的耦入光栅区和耦出光栅区的一体化成形，有效地保证了耦入光栅区和耦出光栅区相对位置精度，且通过一次刻蚀即可在耦出光栅区实现不等深度的光栅结构的制备。

具体的，基于本实用新型实施例提供的光栅压印母版100，并通过纳米压印技术来制备衍射光波导，包括以下步骤：

S1：提供一衍射光波导基底201，并在衍射光波导基底201上形成图形化的硬掩模层202，图形化的硬掩模层202定义出耦入光栅区图形与耦出光栅区图形，其中，耦入光栅区图形包括若干耦入光栅单元图形，耦出光栅区图形包括若干耦出光栅单元图形，如图5A所示。

S2：在衍射光波导基底201上旋涂液态压印胶203，液态压印胶203覆盖图形化的硬掩模层202的表面并填充相邻硬掩模图形的间隙，如图5A所示；其中，液态压印胶203在图形化的硬掩模层203的表面的厚度大于或等于本实用新型实施例的光栅压印母版上的第二图形区域103的最深凹槽的深度。

当然，若光栅压印母版上的第一图形区域102也包括若干不同深度的凹槽，则液态压印胶203在图形化的硬掩模层203的表面的厚度大于或等于第二图形区域103与第一图形区域102中的最深凹槽的深度。

S3：将光栅压印母版100压于衍射光波导基底201上，以使光栅压印母版100的凹槽内填满液态压印胶203，且光栅压印母版上的第一图形区域102与耦入光栅区图形相对准，第二图形区域103与耦出光栅区图形相对准，如图5A所示。

S4：对液态压印胶203进行固化处理以形成图形化的固态压印胶204，图形化的固态压印胶204的图形与光栅压印母版100上的图形相对应，如图5B所示。

通过S3和S4，实现了将光栅压印母版100上的第一图形区域102与第二图形区域103的形状转移到液态压印胶上，并且将凹槽的深度也对应转移，具体的，光栅压印母版100上的凹槽深度深的，则其填充的液态压印胶的厚度也相应厚，光栅压印母版100上的凹槽深度浅的，则其填充的液态压印胶的厚度也对应薄。当液态压印胶固化后，其上的图案也实现了固定。

S5：移除光栅压印母版100，移除后的示意图如图5B所示；

S6：以图形化的固态压印胶204及图形化的硬掩模层202为掩模，对衍射光波导基底201进行刻蚀，在衍射光波导基底201上一体化成形形成耦入光栅区205及耦出光栅区207，其中，耦入光栅区205具有耦入光栅单元206，耦出光栅区207具有不等深度的耦出光栅单元208，如图5C所示。

可见，利用本实用新型提供的光栅压印母版，对液态压印胶203进行压印，固化后形成图形化的固态压印胶204后可以该形化的固态聚合物抗蚀剂204以及图形化的硬掩模层202为掩模，实现一次刻蚀形成耦入光栅区205和耦出光栅区207，从而实现了耦入光栅区205和耦出光栅区207的一体化成形，有效地保证了耦入光栅区205和耦出光栅区207的相对位置精度，从而有利于进一步提升AR设备的显示效果。

同时，仅通过一次刻蚀也将本实用新型实施例提供的光栅压印母版100上的第一图形区域102、第二图形区域103中的不等深度的凹槽深度转移至衍射光波导基底中，从而可实现通过一次刻蚀即可在耦入光栅区205和/或耦出光栅区207实现不等深度的耦入光栅单元结构206、耦出光栅单元208，有效提高了衍射光波导的调制效率。且由于不需要多次刻蚀，避免了多次刻蚀可能带来的无法精确对准的问题，有利于实现对衍射光波导图形进行大面积、大批量的制备。

另外，采用本实用新型实施例提供的光栅压印母版，通过纳米压印技术将光栅压印母版100上的图形进行转移的方式，避免了传统微纳加工工艺中光刻的诸多对降低分辨率的限制因素，如曝光波长、物镜数值孔径、光刻胶的光反射与散射以及显影剂等，从而有效提高了图形的分辨率。另一方面，由于其特殊的压印进程，不需要其他光刻技术所需的昂贵的光学系统和镜头，这也有利于实现对衍射光波导进行大批量、低成本的制备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光栅压印母版，其特征在于，包括：

基底，所述基底上设置有第一图形区域与第二图形区域，所述第一图形区域和所述第二图形区域共包括N种不同深度的凹槽，且所述第二图形区域至少包括两种不同深度的凹槽，其中，N为正整数，且N≥2。

2.根据权利要求1所述的光栅压印母版，其特征在于，所述第一图形区域的底部平整。

3.根据权利要求1所述的光栅压印母版，其特征在于，所述第一图形区域至少包括两种不同深度的凹槽。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光栅压印母版，其特征在于，所述凹槽的深度为100nm～400nm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的光栅压印母版，其特征在于，所述第一图形区域和/或第二图形区域的形状为曲线和/或直线围成的封闭形状。

6.根据权利要求1-3任一项所述的光栅压印母版，其特征在于，所述基底上还设置有第三区域。

7.根据权利要求6所述的光栅压印母版，其特征在于，所述第三区域包括分隔区域以及边缘区域，其中所述分隔区域设置在所述第一图形区域与所述第二图形区域之间，用于分隔所述第一图形区域与所述第二图形区域；所述边缘区域设置在所述基底的边缘处。

8.根据权利要求7所述的光栅压印母版，其特征在于，所述分隔区域与所述边缘区域均为凹槽，且所述分隔区域与所述边缘区域的凹槽的深度相等、且为所述N种不同深度中的其中一种。

9.根据权利要求7所述的光栅压印母版，其特征在于，所述分隔区域与所述边缘区域的厚度与所述基底的厚度相等。

10.根据权利要求1-3任一项所述的光栅压印母版，其特征在于，所述基底的材质为SiO₂。

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